x - Politechnika Rzeszowska

Politechnika Rzeszowska
Zakład Metrologii i Systemów Pomiarowych
Grupa
Data
kierownik
Laboratorium Metrologii I
Pomiary rezystancji cz II
1…………….....................
2.........................................
Nr ćwicz. 3.........................................
Ocena
10
4.........................................
1. CEL ĆWICZENIA
Celem ćwiczenia jest poznanie zasady działania mostka Wheatstone’a i mostka
Thomsona oraz problemów metrologicznych zawiązanych z pomiarem rezystancji tymi
mostkami.
2. ZAGADNIENIA
1. Zasada pomiaru rezystancji mostkiem Wheatstone’a i Thomsona
2. Konstrukcja technicznego i laboratoryjnego mostka Wheatstone’a.
3. Układ technicznego i laboratoryjnego mostka Thomsona
4. Warunek równowagi mostka Wheatstone’a i Thomsona
3. PROGRAM ĆWICZENIA
1.Wybrać rezystor z zestawu, zapisać jego dane do tabelki.
Wybrany rezystor podłączyć do mostka. Ustawić na technicznym mostku Wheatstone’a
przewidywany zakres pomiarowy. Zrównoważyć mostek. Odczytać i zapisać wartość
mierzonej rezystancji (Rx). Na podstawie danych producenta mostka metodą typu B obliczyć
wartość niepewności standardowej wyniku pomiaru rezystancji. Zapisać wynik pomiaru.
2. Za pomocą technicznego mostka Thomsona zmierzyć zadaną rezystancję w układzie
z rys.1. Na podstawie danych producenta mostka metodą typu B obliczyć wartość
niepewności standardowej wyniku pomiaru rezystancji. Zapisać wynik pomiaru.
3. Rezystancje z p-tu 2. zmierzyć za pomocą laboratoryjnego mostka Thomsona. W tym
celu należy zestawić układ pomiarowy z rys. 2. Pomiar wykonać dla dwóch wartości prądu
zasilania i dla każdej z nich dla dwóch kierunku przepływu prądu
4. Oszacować niepewność od nieczułości laboratoryjnego mostka Thomsona. W tym celu po
zrównoważeniu mostka należy zmienić rezystancję ostatniej dekady Rp tak by uzyskać
określone odchylenie galwanometru (0,1dz) i obliczyć odpowiadającą odchyleniu wartość
(ΔRx )0,1dz.
4. PRZEBIEG ĆWICZENIA
Zastosowane przyrządy:
Przyrząd
Galwanometr G
RN rezystor
wzorcowy
Mostek
Wheatstone’a
techniczny
Mostek Thomsona
techniczny
Typ
Nr
Zakres
Dokładność
δRn=±
%
a=±
%
a=±
c=±
%
mΩ
1
Laboratoryjny
mostek Thompsona
Zasilacz
δRa=±
δRp=±
%
%
Bocznik Ayrtona
δRn=±
%
4.1. Pomiar rezystancji mostkiem technicznym Wheatstone’a
Dane rezystora sprawdzanego:
Rezystancja
Moc dopuszcz.
Prąd maks.
Tolerancja
Odczytana wartość rezystancji:
Rx =
Niepewność standardowa pomiaru mostkiem technicznym Wheatstone’a
u B (R x ) =
gdzie
a ⋅ Rx
100% ⋅ 3
=
Końcowy wynik pomiaru:
R = R x ± u B (R x ) =
4.2. Pomiar mostkiem technicznym Thomsona
Rys.1. Podłączenie rezystora do mostka Thomsona
Odczytana wartość rezystancji:
Rx=
Niepewność pomiaru mostkiem technicznym Thomsona (w zależności od tego, jaka wartość
(a lub c) jest zadana):
u B (R x ) =
a ⋅ Rx
100% ⋅ 3
c
u B (R x ) =
==
3
=
2
Końcowy wynik pomiaru rezystancji:
R = R x ± u B (R x ) =
4.3. Pomiar laboratoryjnym mostkiem Thomsona
Rys.2. Układ pomiarowy mostka Thomsona
Odczytane wartości rezystancji:
Rn=
R1=R2=Ra=
Rp=
Obliczona wartość rezystancji:
Rx=Rn Rp/Ra=
UWAGA:
Pomiary wykonać równoważąc mostek dla dwóch wartości prądu zasilania przy zastosowaniu
dwóch przeciwnych kierunków prądu dla każdej z nich.
I+
Rx1 =
I+
Rx3 =
I1 =
II2 =
I-
Rx2 =
Rx4 =
Wartość średnia rezystancji z n=4 pomiarów:
R + Rx + Rx + Rx
Rx = x
=
4
Odchylenia rezystancji:
vi = Ri − R x
v1 =
:
;v 2
=
;v3
=
;v 4
=
;
3
Niepewność standardowa wartości średniej rezystancji, obliczona metodą typu A:
n
v12 + v 22 + v32 + v 42
1
2
u A (R x ) =
∑ (v i ) =
n (n − 1) i =1
4⋅3
=
Względna niepewność od nieczułości oblicza się z wzoru:
u cB,rel (R x,nc ) =
(∆R p ) 0,1dz
Rp 3
100%
=
Względna złożona niepewność standardowa wyniku pomiaru rezystancji, obliczona metodą
typu B:
u B ,rel (R x ) =
δ Rn2 + δ Ra2 + δ Rp2
3
+ u 2B,rel (R x,nc )
=
Złożona niepewność standardowa wyniku pomiaru rezystancji, obliczona metodą typu B:
u c , B (R x ) =
R x ⋅ u cB ,rel (R x )
100%
=
Złożona niepewność wyniku pomiaru rezystancji:
u c (R x ) = u c2, B (R x ) + u A2 (R x )
=
Wynik końcowy pomiaru rezystancji: R = R x ± u c (R x ) =
5. Wnioski
6. Pytania kontrolne
1. Schemat uproszczony mostka Wheatstone’a.
2. Wynik pomiaru rezystancji mostkiem Wheatstone’a.
3. W jakim celu zmieniamy kierunek prądu w obwodzie mostka (tzw. komutacja)?
4. Co ogranicza zakres pomiarowy mostka Wheatstone’a od dołu, a co od góry?
5. Schemat uproszczony mostka Thomsona.
6. Do pomiaru jakich wartości rezystancji wykorzystuje się mostek Thomsona.?
4
7. Wynik pomiaru rezystancji mostkiem Thomsona.
8. Praktyczny sposób oszacowania nieczułości mostka.
9. Schemat i rozwiązania konstrukcyjne mostka technicznego Thomsona.
Literatura:
1. Kuśnierek Z., Metrologia elektryczna i elektroniczna ćwiczenia laboratoryjne,
Politechnika Łódzka , Łódź 2000
2. Chwaleba A.: Metrologia elektryczna, Warszawa: WNT, 1997.
3. Dyszyński J.: Metrologia elektryczna i elektroniczna - laboratorium cz.I, Rzeszów:
Wydawnictwo PRz, 1997.
4. Szadkowski B. ( red) Laboratorium metrologii elektrycznej i elektronicznej , Wyd.
Polit. Śląskiej, Gliwice, 1998
5